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摘 要：对液压系统在科普展项中的应用进行了相应的描述，对比了大型互动科普展项在使用液压系统和未使用液压系统时展示效果的不同，并阐述了六自由度液压平台在大型互动科普展项飞机模拟驾驶中的应用。
关键词：科普展项 液压系统 机械设计 科技馆 展品
中图分类号：TH137.9 文献标识码：A 文章编号：1007—3973（2012）009—071—03
1 引言
现今，科技馆作为传播科学知识的一个重要载体在我国得到蓬勃发展。作为科技馆灵魂——科普展项，既要具备科普教育的主要特征，又要注重科普展项的科学性、知识性、趣味性相结合。因此，很多大型互动展项采用了液压系统作为动力传动系统来获得最佳展示效果。本文将结合笔者在科技馆工作的实际经验对科普展品中液压系统的应用进行探讨。
2 科普展品
科普展品顾名思义是用于科技馆向人们揭示一定的科学原理、技术和自然现象的一类展品。
2.1 科普展品的特点
科普展品同一般的产品相比具有以下特点：（1）科普性。科普展品的主要目的是通过展品展项来向人民群众展示科学原理，普及科学知识。（2）参与性。科普展品一般选取范围较广的科普知识加上娱乐互动性较强的丰富内容，以此来吸引人民群众参与其中，从而达到科普学习的目的。（3）安全性。科普展品以青年、少年和儿童为主要受众对象，科普展品必须具备很高的安全性。（4）耐用性。科普展品的耐用性即使用寿命，科普展品面向的广大人民群众，其复杂的使用环境要求科普展品要有很高的耐用性。
2.2 科普展品的受众对象
早期的科普展品主要以青年、少年和儿童为主要受众对象。现代新型的科技馆的建立为先进的科学技术引人到科普展项中提供基础。经过广大科普工作者的努力，不断扩展科普展项的展示内容，展示手段愈加丰富，主要受众也逐渐扩大到了广大普通群众。
2.3 科普展品的主要展示手段
展馆将以“声、光、电”技术为主要展示手段，以“看、听、闻、说、感、动”多种感觉触动参观者，从而引起参观者的兴趣。以参与体验、新奇有趣、视觉冲击为主要受众手段。
2.4 科普展品的主要目的
寓教于乐，注重科学性、知识性、趣味性相结合，鼓励观众亲自参与，不仅传播知识，更重视科学思想、科学方法的培养。进一步强化科普教育基地的功能，科普教育的深度和广度得到进一步加强与提高。通过情境认知与理论学习为展教思想基础，以激发科学兴趣、启迪科学观念为教育目的，通过参与、体验、互动的展教方式，引导公众进入探索与发现科学的过程，为提高全民科学文化素质、建设创新型国家、构建和谐社会服务。
3 液压系统
液压系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作。完成各种设备不同的动作需要。
3.1 液压系统的应用范围
液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的部分就愈多。
3.2 液压系统的构成
一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。
4 液压系统应用于科普展品的优缺点
在目前四大类传动系统（机械、电气、液压和气压）中，没有一种动力传动是十全十美的，而液压系统应用到科普展品中具有下述的优点：
（1）从结构上看，由于各具体展项所涵盖的科学知识、展示方式不同，且各个科技馆场地大小不一，往往要求在最小的空间内完成很大的功率输出。这就对展品、展项的单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率都有着较高的要求。而液压系统单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率在四类传动方式中是力压群芳的，有很大的力矩惯量比，在传递相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、布局灵活。尤其适合应用到科技馆的科普展品当中。
（2）从工作性能上看，液压系统的速度、扭矩、功率均可无级调节，动作响应性快，能迅速换向和变速，调速范围宽，调速范围可达100：l到2000：1；动作快速性好，控制、调节比较简单，操纵比较方便、省力，便于与电气控制相配合，以及与CPU（计算机）的连接，便于实现自动化，从而完美实现展品、展项对互动性的要求。
（3）从使用维护上看，元件的自润滑性好，易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列化、标准化、通用化。所有采用液压技术的设备安全可靠性好。可以有效降低展项厂家与科技馆日后的维护成本，提高科普展项的易维护性。
（4）液压易与微机控制等新技术相结合，构成“机—电—液—光”一体化已成为世界发展的潮流，便于实现数字化。
液压传动系统的缺点：
任何事物都是一分为二的，液压传动系统也不例外：
（1）油液流动过程中存在沿损失、局部损失和泄漏损失，传动效率较低，不适宜远距离传动。
（2）在高温和低温条件下，采用液压传动有一定的困难。
（3）发生故障不易检查，特别是液压技术不太普及的单位，这一矛盾往往阻碍着液压技术的进一步推广应用。液压设备维修需要依赖经验，培训液压技术人员的时间较长。
（4）液压传动因有相对运动表面不可避免地存在泄漏，同时油液不是绝对不可压缩的，加上油管等弹性变形，液压传动不能得到严格的传动比。
这里面（1）（2）缺点对于液压传动应用于科普展项的影响几乎没有。而主要影响液压系统应用于科普展品的是（3）（4）指出的维修困难与不能得到严格的传动比。
综上所述，液压系统应用于科普展品有着很大的优势。其适合应用于有较严格空间限制，输出功率要求高，响应灵活并转向方便，没有严格传动比的科普展项当中。
5 液压系统在科普展品中的实际应用
本文以宁夏科技馆的全景式飞行模拟器展品为实例来介绍液压系统在科普展品中的实际应用，此科普展品是参与互动体验展项。参照真实飞机内外饰进行制作和装修，运用立体三维场景的镜像反射投影方式，并通过六自由度液压平台的运动，实时模拟飞行体验。参与者可以控制飞行姿态，操纵与动感效果及舷窗视景相互匹配，体验直升机的驾乘环境。 5.1 展项的总体组成
全景式飞行模拟器由：仿真军用直升飞机、液压运动平台系统、计算机系统、图像显示系统、音效产生系统、室内装饰等部件组成。其控制方块图如图5所示。
5.2 六自由度液压平台
由六支作动筒，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六支作动筒的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度（X，Y，Z， ， ， ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。
5.2.1 六自由度平台空间机构技术参数
六自由度运动平台由上下平台和六个液压油缸组成。六个液压缸上端点两两组成上平台三个支点，六个液压缸下端点两两组成下平台三个支点。上下三个支点分别在（下转第192页）（上接第72页）假设的圆周上，并且是120€暗确郑确直鹗橇礁龅缺呷切蔚亩サ恪8莶煌脑硕段В透椎男谐毯蜕舷缕教ò刖恫煌=峁谷缤？所示。
六自由度平台结构参数如下：
5.2.2 六自由度平台空间运动
其中，TT是一个空间转换矩阵模型。由此实时算出每一运动时刻液压油缸的行程。液压油缸的理论行程再通过D/A接口的转换，给出实际行程值。
根据平台的空间机构参数，空间运动参数如表1。
此展品利用液压平台根据观众的操作情况实时模拟飞机的姿态（左右倾斜、上下、旋转等动作），模拟真实的飞行环境。结合全视景和六自由度液压平台，从视觉和位置感觉上给参与者强有力的冲击，营造了几可乱真的仿真环境。
6 结语
采用液压系统结合目前国内外先进的新技术，新材料，新工艺来设计制造创新展品已经成为展项设计发展的一个重要方向。液压系统的应用能很好的实现设计者的意图，给观众带来良好的互动体验，保证了对观众的持久吸引力，同时方便的维护性，优良的技术性能，都使得应用了液压系统的展品设计取得成功。
参考文献：
[1] 方家增，陈四敏.科技博物馆展示设计的探索[J].科普研究，2009（01）.
[2] 梁静雯.展示设计在媒体时代对话形式中的运用[J].包装工程，2007（09）.
[3] 张明生.我国省级科技馆现状与发展趋势[J].科技通报，2001（02）.
[4] 兰建设，王宏颖.浅谈机床液压设备的保养与维护[J].机电信息，2008（08）.
[5] 张哲.浅谈机床液压系统的维护与保养[J].张家口职业技术学院学报，2009（01）.
关键词：科普展项 液压系统 机械设计 科技馆 展品
中图分类号：TH137.9 文献标识码：A 文章编号：1007—3973（2012）009—071—03
1 引言
现今，科技馆作为传播科学知识的一个重要载体在我国得到蓬勃发展。作为科技馆灵魂——科普展项，既要具备科普教育的主要特征，又要注重科普展项的科学性、知识性、趣味性相结合。因此，很多大型互动展项采用了液压系统作为动力传动系统来获得最佳展示效果。本文将结合笔者在科技馆工作的实际经验对科普展品中液压系统的应用进行探讨。
2 科普展品
科普展品顾名思义是用于科技馆向人们揭示一定的科学原理、技术和自然现象的一类展品。
2.1 科普展品的特点
科普展品同一般的产品相比具有以下特点：（1）科普性。科普展品的主要目的是通过展品展项来向人民群众展示科学原理，普及科学知识。（2）参与性。科普展品一般选取范围较广的科普知识加上娱乐互动性较强的丰富内容，以此来吸引人民群众参与其中，从而达到科普学习的目的。（3）安全性。科普展品以青年、少年和儿童为主要受众对象，科普展品必须具备很高的安全性。（4）耐用性。科普展品的耐用性即使用寿命，科普展品面向的广大人民群众，其复杂的使用环境要求科普展品要有很高的耐用性。
2.2 科普展品的受众对象
早期的科普展品主要以青年、少年和儿童为主要受众对象。现代新型的科技馆的建立为先进的科学技术引人到科普展项中提供基础。经过广大科普工作者的努力，不断扩展科普展项的展示内容，展示手段愈加丰富，主要受众也逐渐扩大到了广大普通群众。
2.3 科普展品的主要展示手段
展馆将以“声、光、电”技术为主要展示手段，以“看、听、闻、说、感、动”多种感觉触动参观者，从而引起参观者的兴趣。以参与体验、新奇有趣、视觉冲击为主要受众手段。
2.4 科普展品的主要目的
寓教于乐，注重科学性、知识性、趣味性相结合，鼓励观众亲自参与，不仅传播知识，更重视科学思想、科学方法的培养。进一步强化科普教育基地的功能，科普教育的深度和广度得到进一步加强与提高。通过情境认知与理论学习为展教思想基础，以激发科学兴趣、启迪科学观念为教育目的，通过参与、体验、互动的展教方式，引导公众进入探索与发现科学的过程，为提高全民科学文化素质、建设创新型国家、构建和谐社会服务。
3 液压系统
液压系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作。完成各种设备不同的动作需要。
3.1 液压系统的应用范围
液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的部分就愈多。
3.2 液压系统的构成
一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。
4 液压系统应用于科普展品的优缺点
在目前四大类传动系统（机械、电气、液压和气压）中，没有一种动力传动是十全十美的，而液压系统应用到科普展品中具有下述的优点：
（1）从结构上看，由于各具体展项所涵盖的科学知识、展示方式不同，且各个科技馆场地大小不一，往往要求在最小的空间内完成很大的功率输出。这就对展品、展项的单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率都有着较高的要求。而液压系统单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率在四类传动方式中是力压群芳的，有很大的力矩惯量比，在传递相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、布局灵活。尤其适合应用到科技馆的科普展品当中。
（2）从工作性能上看，液压系统的速度、扭矩、功率均可无级调节，动作响应性快，能迅速换向和变速，调速范围宽，调速范围可达100：l到2000：1；动作快速性好，控制、调节比较简单，操纵比较方便、省力，便于与电气控制相配合，以及与CPU（计算机）的连接，便于实现自动化，从而完美实现展品、展项对互动性的要求。
（3）从使用维护上看，元件的自润滑性好，易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列化、标准化、通用化。所有采用液压技术的设备安全可靠性好。可以有效降低展项厂家与科技馆日后的维护成本，提高科普展项的易维护性。
（4）液压易与微机控制等新技术相结合，构成“机—电—液—光”一体化已成为世界发展的潮流，便于实现数字化。
液压传动系统的缺点：
任何事物都是一分为二的，液压传动系统也不例外：
（1）油液流动过程中存在沿损失、局部损失和泄漏损失，传动效率较低，不适宜远距离传动。
（2）在高温和低温条件下，采用液压传动有一定的困难。
（3）发生故障不易检查，特别是液压技术不太普及的单位，这一矛盾往往阻碍着液压技术的进一步推广应用。液压设备维修需要依赖经验，培训液压技术人员的时间较长。
（4）液压传动因有相对运动表面不可避免地存在泄漏，同时油液不是绝对不可压缩的，加上油管等弹性变形，液压传动不能得到严格的传动比。
这里面（1）（2）缺点对于液压传动应用于科普展项的影响几乎没有。而主要影响液压系统应用于科普展品的是（3）（4）指出的维修困难与不能得到严格的传动比。
综上所述，液压系统应用于科普展品有着很大的优势。其适合应用于有较严格空间限制，输出功率要求高，响应灵活并转向方便，没有严格传动比的科普展项当中。
5 液压系统在科普展品中的实际应用
本文以宁夏科技馆的全景式飞行模拟器展品为实例来介绍液压系统在科普展品中的实际应用，此科普展品是参与互动体验展项。参照真实飞机内外饰进行制作和装修，运用立体三维场景的镜像反射投影方式，并通过六自由度液压平台的运动，实时模拟飞行体验。参与者可以控制飞行姿态，操纵与动感效果及舷窗视景相互匹配，体验直升机的驾乘环境。 5.1 展项的总体组成
全景式飞行模拟器由：仿真军用直升飞机、液压运动平台系统、计算机系统、图像显示系统、音效产生系统、室内装饰等部件组成。其控制方块图如图5所示。
5.2 六自由度液压平台
由六支作动筒，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六支作动筒的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度（X，Y，Z， ， ， ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。
5.2.1 六自由度平台空间机构技术参数
六自由度运动平台由上下平台和六个液压油缸组成。六个液压缸上端点两两组成上平台三个支点，六个液压缸下端点两两组成下平台三个支点。上下三个支点分别在（下转第192页）（上接第72页）假设的圆周上，并且是120€暗确郑确直鹗橇礁龅缺呷切蔚亩サ恪8莶煌脑硕段В透椎男谐毯蜕舷缕教ò刖恫煌=峁谷缤？所示。
六自由度平台结构参数如下：
5.2.2 六自由度平台空间运动
其中，TT是一个空间转换矩阵模型。由此实时算出每一运动时刻液压油缸的行程。液压油缸的理论行程再通过D/A接口的转换，给出实际行程值。
根据平台的空间机构参数，空间运动参数如表1。
此展品利用液压平台根据观众的操作情况实时模拟飞机的姿态（左右倾斜、上下、旋转等动作），模拟真实的飞行环境。结合全视景和六自由度液压平台，从视觉和位置感觉上给参与者强有力的冲击，营造了几可乱真的仿真环境。
6 结语
采用液压系统结合目前国内外先进的新技术，新材料，新工艺来设计制造创新展品已经成为展项设计发展的一个重要方向。液压系统的应用能很好的实现设计者的意图，给观众带来良好的互动体验，保证了对观众的持久吸引力，同时方便的维护性，优良的技术性能，都使得应用了液压系统的展品设计取得成功。
参考文献：
[1] 方家增，陈四敏.科技博物馆展示设计的探索[J].科普研究，2009（01）.
[2] 梁静雯.展示设计在媒体时代对话形式中的运用[J].包装工程，2007（09）.
[3] 张明生.我国省级科技馆现状与发展趋势[J].科技通报，2001（02）.
[4] 兰建设，王宏颖.浅谈机床液压设备的保养与维护[J].机电信息，2008（08）.
[5] 张哲.浅谈机床液压系统的维护与保养[J].张家口职业技术学院学报，2009（01）.